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Un nuevo tipo de polímero podría llevar a la fabricación de músculos artificiales

Posted by on Feb 5, 2016 | 0 comments

Un nuevo tipo de polímero podría llevar a la fabricación de músculos artificiales

Imagine un polímero biodegradable, con piezas desmontables y que luego pueda ser regenerado químicamente para funcionar de nuevo. O un polímero que pueda levantar pesas, contraerse y expandirse como lo hacen los músculos.

Estas funciones requieren de polímeros con dos partes, rígida y blanda, de tamaño nanométrico con  propiedades muy diferentes que se organizan de una manera específica. Un polímero  híbrido de este tipo ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad de Northwestern y algún día podría ser utilizado como músculos artificiales u otros tejidos similares para la vida; para la entrega de medicamentos, biomoléculas u otros productos químicos; en materiales con capacidad de auto-reparación; y para fuentes de energía reemplazables.

“Hemos creado un nuevo polímero sorprendente con partes de tamaño nanométrico que se pueden quitar y ser regeneradas químicamente varias veces”, dijo el científico de materiales Samuel I. Stupp, el autor principal del estudio.

“Algunas de las partes a nanoescala contienen polímeros convencionales rígidos, pero otras contienen polímeros supramoleculares, que pueden responder rápidamente a los estímulos, biodegradarse y a continuación ser fácilmente regenerados en las mismas ubicaciones. Las partes suaves supramoleculares podrían ser utilizadas para generar polímeros con las funciones que vemos en los seres vivos “, dijo.

Stupp es director del Instituto Querrey Simpson de BioNanotecnología de Northwestern. Es un líder en el campo de la nanociencia y del auto-ensamblaje supramolecular, la estrategia utilizada por la biología para crear estructuras ordenadas altamente funcionales.

El polímero híbrido combina hábilmente los dos tipos de polímeros conocidos: los formados por fuertes enlaces covalentes y los formados por enlaces no covalentes débiles, conocidos como “polímeros supramoleculares.” El polímero integrado ofrece dos “compartimentos” distintos con los que los químicos y científicos de materiales pueden trabajar proporcinandole características útiles.

“Nuestro descubrimiento podría transformar el mundo de los polímeros y comenzar un tercer capítulo de su historia: la del “polímero híbrido “, dijo Stupp.

“Esto sigue al primer capítulo: los polímeros covalentes ampliamente útiles, y a la clase más reciente de polímeros supramoleculares. Podemos crear materiales activos o sensibles no conocidos previamente mediante el aprovechamiento de los compartimentos con enlaces no covalentes débiles, que deben ser altamente dinámicon como en los seres vivos. Algunas formas de estos polímeros que se están desarrollando en mi laboratorio se comportan como los músculos artificiales “, dijo.

Los polímeros obtienen su energía y sus características de su estructura a escala nanométrica. El  esqueleto covalente rígido del primer polímero híbrido de Stupp tiene una sección transversal con forma de estrella del ninja (un núcleo duro con los brazos en espiral hacia fuera). Entre los brazos está el material más blando. Este es el área que puede ser animado, renovado y recargado, características que podrían ser útiles en una variedad de aplicaciones valiosas.

“La química fascinante de los polímeros híbridos es que al  generar simultáneamente los dos tipos de polímeros se crea una estructura que es completamente diferente a la de los dos polímeros generados individualmente,” dijo Stupp.

“Puedo imaginar este nuevo material como un parche super-inteligente para la administración de fármacos, en donde se carga el parche con diferentes medicamentos y, a continuación, se vuelve a cargar exactamente en los mismos compartimentos cuando el medicamento se haya acabado.”

Stupp también pertenece al Consejo de Administración de Profesores de Ciencia de los Materiales e Ingeniería, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica y tiene puestos en la Feinberg School of Medicine de la Universidad de Northwestern, la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias.

Stupp y su equipo de investigación también descubrieron que la polimerización covalente que forma el compartimento rígido está “catalizada” por la polimerización supramolecular, produciendo de este modo polímeros de mucho mayor peso molecular.

El compartimiento covalente fuertemente unido proporciona el esqueleto, y el compartimiento supramolecular débilmente unido se puede desgastar o ser utilizado, dependiendo de su función, y luego ser regenerado mediante la adición de moléculas pequeñas. Después de las polimerizaciones simultáneas de enlaces covalentes y no covalentes, los dos compartimentos terminan unidos entre sí, produciendo un filamento cilíndrico muy largo, de forma perfecta.

Para comprender mejor la química subyacente del híbrido, Stupp y su equipo trabajaron con George C. Schatz, un teórico de fama mundial y Charles E. y Emma H. ​​Morrison, profesores de Química en la Northwestern. Las simulaciones por ordenador de Schatz mostraron los dos tipos de compartimentos están muy bien integrados con enlaces de hidrógeno, que son enlaces que se pueden romper. Schatz es un co-autor del estudio.

“Este es un logro notable en la fabricación de polímeros de una forma totalmente nueva, controlar simultáneamente tanto su química y la forma en que sus moléculas se juntan”, dijo Andy Lovinger, un director de programa de ciencia de los materiales en la Fundación Nacional de Ciencias, que financió esta investigación.

“Estamos en el comienzo de este proceso, que podría dar lugar a materiales con propiedades únicas, como el desmontaje y el montaje ellos mismos, lo que podría tener una amplia gama de aplicaciones.”

Imagen principal: Northwestern University

Fuente: www.printedelectronicsworld.com

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